개념 한 쪽
단거리 송전선로의 특성은 특성임피던스, 4단자 정수, 전압강하와 손실, 전선과 지지물의 조건을 함께 설명한다. 무손실 가공선의 특성임피던스는 대략 400Ω 안팎으로 보고, 3상 3선식에서는 허용 전압강하로부터 전류와 수전전력을 계산한다. 복도체와 ACSR, 이도와 철탑 형식도 선로 특성과 유지 조건을 판단할 때 함께 활용한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「단거리 송전선로의 특성 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 특성임피던스 기준값 판단 | 1 | 무손실 가공선의 특성임피던스 크기를 고르게 한다 |
| 고주파 선로 공식 적용 | 1 | 단위길이 L과 C로 특성임피던스 식을 가린다 |
| 철탑 형식 연결 | 1 | 경간 차가 큰 곳에 쓰는 표준 철탑을 고르게 한다 |
특성임피던스는 저항과 누설 컨덕턴스를 무시한 무손실 선로에서 Z0=√(L/C)로 구한다. 가공 송전선의 인덕턴스와 정전용량을 대입하면 대략 400Ω 안팎이 나오므로 보통 300~500Ω 정도를 기준으로 한다. 케이블은 약 30~50Ω으로 훨씬 작아 가공선과 범위가 크게 다르므로 이 차이를 구분한다.
4단자 정수 중 B는 선로의 직렬 임피던스 성분에 해당한다. 두 회선이 병렬로 붙어 운전되는 송전선로에서는 합성 직렬 임피던스가 한 회선 값의 절반인 Z/2로 계산된다. 한 회선을 정지하면 남은 한 회선의 임피던스 Z만 남으므로 B는 Z/2에서 Z로 커져 2배가 된다고 판단한다. 직렬 성분인 B는 회선 수에 반비례하고, 분루 성분인 C는 회선 수에 비례하는 대칭 구조로 이해한다.
3상 3선식에서 일정 전력을 보내면 전류는 선간전압과 역률에 따라 정해진다. 전압강하율을 5%로 두면 허용 전압강하는 30,000V×0.05=1,500V가 되고, e=√3I(Rcosθ+Xsinθ)에 대입해 전류를 구한다. 이 전류로 P=√3VIcosθ를 계산하면 약 1,500kW까지 수전할 수 있다고 본다. 같은 전력을 보낼 때 선로의 저항손은 3I²R이고, 전류는 선간전압에 반비례하므로 저항손은 선간전압의 2승에 반비례한다고 정리한다.
고주파 전송선로에서는 단위길이당 인덕턴스 L과 커패시턴스 C의 비로 특성임피던스를 나타낸다. 무손실 고주파 선로의 특성임피던스는 Z0=√(L/C)이며, 제곱근을 빠뜨리거나 C/L로 뒤집은 식은 틀린 것으로 구분한다. 임피던스는 L/C의 비에 대응하고, 전파 속도는 LC의 곱에 대응한다고 이해한다.
전선로의 지지물 양쪽 경간 차가 크면 불평형 장력이 생기므로 이를 지지하는 내장형 철탑을 쓰고, 형상이 E자를 닮아 E 철탑이라고도 한다. 이도는 전선의 처짐으로, 이도가 크면 장력은 줄지만 지면과의 안전거리 확보를 위해 지지물을 높여야 한다. 일반 전선의 연속 사용 최고 온도는 절연재와 접속부의 열화를 고려해 90℃로 제한한다. 복도체는 도체를 여러 개 묶어 등가 반경을 키우므로 표면 전계를 줄여 코로나를 방지하는 것이 주된 목적이다. 장거리 경간에서 단선을 방지하려면 인장강도가 큰 ACSR을 사용한다.
3상 3선식 가공송전선로에서 전선 한가닥의 저항이 15Ω, 리액턴스가 20Ω이고 수전단 선간전압이 30kV, 부하역률이 0.8(늦음)이며 전압강하율을 5%로 둔 경우를 계산한다. 허용 전압강하는 30,000V×0.05=1,500V가 되고, Rcosθ+Xsinθ=15×0.8+20×0.6=24Ω이므로 I=1,500÷(1.732×24)≈36.1A로 구한다. 수전전력은 P=√3×30,000V×36.1A×0.8≈1,500,000W이므로 약 1,500kW라고 계산한다.
고주파 전송선로에서 단위길이당 인덕턴스 L과 커패시턴스 C가 주어지면 특성임피던스는 Z0=√(L/C)로 계산한다. 이때 제곱근을 빠뜨린 L/C나 비율을 뒤집은 C/L는 특성임피던스 식으로 보지 않는다.
소도체의 반지름이 r[m], 소도체간의 선간거리가 d[m]인 2개의 소도체를 사용한 345kV 송전선로가 있다. 복도체의 등가 반지름은?
정답 ① · 문항은 복도체의 등가 반지름을 묻고 있다. 복도체 등가반지름 일반식 D = (r · d^(n-1))^(1/n)에 n=2를 대입하면 D = (r·d)^(1/2) = √(rd)가 된다.
복도체 등가반지름은 D=(r·d^(n-1))^(1/n)이고, n=2이면 D=√(rd)가 된다.
송전선에서 저항과 누설 컨덕턴스를 무시한 개략 계산에서 송전선의 특성임피던스의 값은 보통 몇 Ω 정도인가?
정답 ② · 문제는 저항과 누설 컨덕턴스를 무시한 이상적인 송전선의 특성임피던스 Z0의 대략적인 크기를 묻는다. 공중 가공 송전선의 경우 Z0 = √(L/C)로 약 수백 옴 수준이며 일반적으로 약 400 Ω대, 즉 300∼500 Ω 범위가 대표값이다.
특성임피던스 Z0=√(L/C), 가공 송전선은 보통 약 400Ω(300~500Ω) 정도다.
송전선로는 장시간 연속 사용할 경우에 전선 접속 장소의 열화 등을 고려해서 허용 온도를 억제하고 있다. 다음 중 전선의 연속 사용 최고 온도로 가장 적절한 것은?
정답 ① · 송전선로를 포함한 전력 케이블의 허용 최고 온도는 전선의 절연 피복 재질과 열화 특성에 의해 결정됩니다. 일반적으로 송전용 가공 전선이나 특수 케이블을 제외한 일반적인 전력용 전선의 연속 사용 최고 온도는 약 60~90℃ 수준으로 규정되어 있습니다.
전선의 연속 사용 최고 온도는 절연재와 접속부의 열화를 고려해 90℃로 제한된다.
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